אפקט סיבק

אפקט סיבק - אפקט סיבק הינו אפקט פיזיקלי המשמש למדידה מדויקת ורגישה מאוד של טמפרטורה וליצירת כוח חשמלי (חוק קולון) על ידי הפרש טמפ' בין שני צמתים. זו תופעה בה מתח נוצר בפרופורציה להפעלת גרדיאנט טמפרטורה. האפקט התגלה על ידי הפיזיקאי תומאס יוהן סיבק (1770-1831) בשנת 1822.

כאשר יוצרים מעגל חשמלי משתי מתכות שונות ובכל צומת טמפ' שונה יווצר פוטנציאל חשמלי לאורך גרדיאנט הטמפרטורה.

קובץ:Seebeck.png

זרם נוצר בין שני צמתים בטמפ' שונות, המחברים שתי מתכות שונות

את הטמפרטורות אפשר למדוד בעזרת צמד תרמי אשר מודד את הפרש הפוטנציאל בין שני הצמתים וזה פרופורציונלי להפרשי הטמפ'.

תופעה זו נכללת ב אפקט התרמו-אלקטרי.

אפקט סיבק הוא דוגמה קלאסית לכוח אלקטרו-מניע (EMF) המייצר מתחים וזרמים חשמליים שניתן למדוד.

גילוי האפקט[עריכה]

סיבק שם לב לסטיית מחט מצפן כאשר היא נמצאת בלולאה סגורה בין שתי מתכות שונות או מוליכים למחצה המחוברים בשתי צמתים בעלי הפרש טמפ'. בעקבות תצפית זו, בשנת 1822 סיבק הכריז שהפרש טמפרטורות יכול ליצור מגנטיזציה. לאחר מכן גילה ארסטד את האינטראקציה בין הזרם החשמלי והמחט המגנטית. בעקבותו חוקרים רבים אחרים חקרו את הקשר בין זרמים חשמליים ושדות מגנטיים ביניהם אמפר, ביו, סבר, לפלס ועוד רבים אחרים ולבסוף הוצע שהתצפית של סיבק לא נגרמה כתוצאה מהמגנטיזציה אלא כתוצאה מזרם תרמו-אלקטרי הזורם במעגל סגור.

לאחר גילוי האלקטרון ומטענו הבסיסי, הבינו שאפקט סיבק הוא זרם חשמלי מושרה שלפי חוק אמפר יוצר את השדה המגנטי ומטה את מחט המצפן.

הסבר פיזיקלי[עריכה]

הפרש הטמפרטורות מייצר פוטנציאל חשמלי המניע זרם חשמלי במעגל סגור.

ב מתכות אלקטרונים יכולים לנוע בחופשיות לאורך המתכת כולה, מבלי להיות קשורים לגרעיני האטום. הימצאותם של האלקטרונים החופשיים מאפשרת מוליכות חשמלית טובה והולכת חום.

האלקטרונים החופשיים נמצאים בצפיפות שונה במתכות שונות, כאשר מצמידים שתי מתכות שונות אחת לשנייה, אלקטרונים מהמתכת בעלת הצפיפות הגבוהה יעברו למתכת בעלת הצפיפות הנמוכה. מעבר האלקטרונים הזה יוצר מתח חשמלי, המתכת שהייתה יותר צפופה בהתחלה איבדה אלקטרונים ולכן תהיה טעונה חיובית והמתכת שאליה עברו האלקטרונים תטען במטען שלילי.

קובץ:מעבר אלקטרונים במתכות.png

איור המדגים את מעבר האלקטרונים מהמתכת הצפופה יותר לפחות צפופה ומהאזור החם לקר לכדי יצירת מתח

צפיפות האלקטרונים יכולה להשתנות גם בעקבות חימום המתכת. במתכת רגילה (לא טעונה) צפיפות האלקטרונים תהיה אחידה לאורך כל המתכת, אם נחמם צד אחד של המתכת האלקטרונים ינועו לצד ה"קר" יותר, צפיפות האלקטרונים כבר לא תהיה אחידה וזה יצור הפרש מתחים בין קצוות המתכת.

אפקט סיבק מדגים שילוב של שתי תכונות אלו, כאשר הצמתים מוחזקים בטמפרטורות שונות נגרם שינוי בצפיפות האלקטרונים וכתוצאה מכך נוצר זרם בחוט, ובנקודת המגע האלקטרונים זורמים מהצפיפות הגבוהה לנמוכה ונוצר מתח מגע.

צפיפות הזרם נתונה ע"י:

$J=\sigma (-\nabla V+E_{emf})$

כאשר V זה המתח המקומי,  $\sigma$  היא המוליכות המקומית

$E_{emf}$ הוא השדה האלקטרו-מניע המבוטא גם על ידי : $E_{emf}=-S\nabla T$

כאשר S הוא מקדם סיבק ו  $\nabla T$  הוא גרידאנט הטמפרטורה.

מקדם סיבק[עריכה]

מקדם סיבק ידוע גם כ thermopower הוא מאפיין של החומר. המקדם משתנה כפוקנציה של הטמפרטורה ותלוי בהרכב המוליך. כאשר $J=0$ אפשר לכתוב את גרדיאנט המתח כך: $\Delta V=S\Delta T$

קשר זה משמש למדידת הפרשי הטמפרטורה בעזרת צמד תרמי.

יישומים של אפקט סיבק[עריכה]

ייצור חשמל - גנרטורים תרמו-אלקטרים Thermoelectric generator
מדידת טמפרטורה על ידי צמד תרמי ותרמוסטט
אפקט פלטייה ליצירת מקררים קומפקטיים ללא נוזל או חלקים נעים

האפקט פותח דלת ליצירת כוח חשמלי ללא תחזוקה ולניצול אנרגיה מ'פסולת' של חום.

ראו גם[עריכה]

לוח תרמו-אלקטרי
פיזיקה סטטיסטית
תרמופיל

לקריאה נוספת[עריכה]

Timothy P. Hogan, Encyclopedia of Pyhsical Science and Technology, Academic press, 2003
I Terasaki, 13-Introduction to thermoelectricity, WP, 2005

קישורים חיצוניים[עריכה]

התוכן בקישור, אינצקלופדיית בריטניקה תומאס יוהאן ג'ונסון (Encyclopedia Britannica)
התוכן בקישור, מכון דוידסון-כיצד עובד מדחום דיגיטלי?, אבי סאייג
התוכן בקישור ,צמד תרמי אפקט סיבק נקודות היתוך ותרמיסטור, אוניברסיטת בן-גוריון
התוכן בקישור, אפקט סיבק, TechTarget
התוכן בקישור, Sensors for Power Electronics

This article "אפקט סיבק" is from Wikipedia. The list of its authors can be seen in its historical and/or the page Edithistory:אפקט סיבק. Articles copied from Draft Namespace on Wikipedia could be seen on the Draft Namespace of Wikipedia and not main one.